碳纖維可以將能量儲存在車輛的車身中

瑞典查爾默斯工業大學領導的一項研究表明，碳纖維可以用作電池電極，直接存儲能量。這為結構性電池開辟了新的機會，其中碳纖維已成為能源系統的一部分。這類多功能材料的使用可以大大減輕未來飛機和車輛的重量，這是電氣化的主要挑戰。

為了用電為動力，客機必須比今天輕得多。為了延長每次電池充電的行駛距離，減輕重量對于車輛也非常重要。

查爾默斯理工大學材料與計算力學教授Leif Asp對碳纖維執行更多任務的能力進行了研究，而不僅僅是簡單地充當增強材料。例如，它們可以存儲能量。

他說：“車身將不僅是承重元件，而且還可以充當電池。” “碳纖維還可以用于其他目的，例如收集動能，傳感器或能量和數據的導體。如果所有這些功能都是汽車或飛機的一部分，則可以減輕重量，高達50%。”

Asp領導了一個多學科的研究人員小組，他們最近發表了一項研究，研究碳纖維的微觀結構如何影響其電化學性能，即它們在鋰離子電池中作為電極的能力。到目前為止，這是一個尚未探索的研究領域。

研究人員研究了不同類型的市售碳纖維的微觀結構。他們發現具有小的晶體和不良取向的晶體的碳纖維具有良好的電化學性能，但相對而言剛性較低。如果將其與具有大的高度取向晶體的碳纖維進行比較，則它們具有更高的剛度，但電化學性能太低，無法用于結構性電池。

“我們現在知道應該如何制造多功能碳纖維，以實現高能量存儲能力，同時又要確保足夠的剛度，” Asp說。“剛度的略微降低對于許多應用(例如汽車)而言不是問題。目前市場上昂貴的碳纖維復合材料占據主導地位，其剛度適合飛機用途。因此，碳纖維制造商在這里有一定的潛力來擴展其使用范圍。 ”

在研究中，具有良好電化學性能的碳纖維的剛度略高于鋼，而電化學性能差的碳纖維的剛度僅是鋼的兩倍。

研究人員正在與汽車和航空業合作。Leif Asp解釋說，對于航空業，可能有必要增加碳纖維復合材料的厚度，以補償結構電池剛度降低的問題。反過來，這也將增加其能量存儲容量。

“關鍵在于基于重量，強度，剛度和電化學性能在系統級別優化車輛。這是汽車行業的一種新思維方式，更多地用于優化單個組件。結構電池也許它沒有像傳統電池那樣高效，但是由于它們具有結構上的承重能力，因此可以在系統級別獲得很大的收益。”

他繼續說：“此外，結構電池的較低能量密度將使其比標準電池更安全，特別是因為它們也不含任何揮發性物質。”